专利名称：微机直流系统电压绝缘监察及选线装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微机直流系统电压绝缘监察及选线装置。
二背景技术：
发电厂和变电站的直流系统是控制系统和信号系统、继电保护自动装置的工作电源，直流系统的工作可靠性直接影响电力系统的安全。但直流电路种类繁多，支线纵横，发生接地的几率非常高。正常情况下，直流系统的正负极是对地浮空的。当直流系统发生一点接地时虽不会影响正常工作，但当出现第二个接地点时，将有可能引起事故。因此必须立即排除接地故障。直流系统的接地故障查找传统的方法是逐路断开各支路，根据传统绝缘监察装置(简单的电阻桥)的指示来确定故障支路，然后顺着该支路逐级查找，最后确定接地点。这种方法操作复杂，而且当断开某一支路时，该支路上的控制与保护装置要短时退出，这时有可能引起事故，给系统安全造成威胁。许多厂家研制开发出新型的直流绝缘监察装置用单一频率的低频信号来选线，即向直流系统注入一定频率、幅值的交流信号，通过安装在各支路的传感器接受到以后送CPU分析，计算出各支路接地电阻，通过与接地电阻报警值比较确定出接地支路。但由于直流系统错综复杂，线路的对地电容很大时，注入的交流信号通过电容形成回路，从而在传感器二次耦合出信号，使装置测量出的电阻值很小，误认为该支路接地而报警，造成误选，即当系统对地电容较大时选线不准，造成误选。该类装置采用平衡电桥法测量系统绝缘，直流系统没有接地故障时，电桥平衡，当直流系统出现接地时，测量电桥失去平衡，由采样电路采集信号送CPU分析检测出绝缘下降。但当直流正负极绝缘均匀下降时，电桥仍然平衡，绝缘监察装置无法检测出接地，造成漏报，给系统安全运行造成隐患。
三
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是解决现有技术中传统直流绝缘监察及选线装置中存在的操作复杂、易给系统安全造成威胁的问题，和新型的直流绝缘监察及选线装置中易造成误选和漏报的问题，提供一种操作简单、监察和选线准确度高的直流绝缘监察及选线装置。
为解决上述问题，本实用新型的技术解决方案是微机直流系统电压绝缘监察及选线装置，机箱后部为航空插座组件以及接线端子；机箱内部采用插板式结构，有插件，分别是输入板、主板、电源板、输出板，它们固定在机箱里的槽轨上，并通过插座与安装在机箱内的后母板连接；插件通过后母板彼此连接，并与航空插座、接线端子连接；打印机与显示板固定在面板上，通过电缆与主板连接；信号隔离变换器通过导线与输出板连接；主板上安装有中央处理器CPU，其特征是中央处理器CPU能产生两种不同频率的方波，主板上还有一滤波电路，滤波电路是由运算放大器及电阻构成的反相器和由运算放大器、电阻、电位器、电容、继电器构成的改进的双二次带通滤波器(切比雪夫滤波器)组成的，改进的双二次带通滤波器是在双二次带通滤波器的级间反馈回路中加入继电器S1、S2、S3、S4，继电器S1与双二次带通滤波器的级间反馈回路中的电容C2串联，继电器S3与级间反馈回路中的电位器R102串联，在级间反馈回路中串联的电容C2与继电器S1支路上并联了一支路，该支路由串联的电容C1和继电器S2组成，在级间反馈回路中串联的电位器R102和继电器S3支路上并联一支路，该支路由串联的电位器R101和继电器S4组成，其中继电器S1、S3为常闭，继电器S2、S4为常开；输出板主要由搭接法绝缘检测电路，测量直流系统电压的电压检测电路，主要由继电器组成、闭合时向外输出无源节点的报警输出电路和放大主板上发出的两种不同频率交流信号的信号放大电路四部分组成，其中搭接法绝缘检测电路包括平衡电桥电路和继电器KA1、KA2，继电器KA1、KA2的触点分常开、常闭触点和公共端，继电器KA1、KA2的线圈两端分别并联二极管D1和D2，平衡电桥电路的主要组成元件为电阻R8、R9、R10和霍尔模块PT，电阻R8、R9阻值相等，电阻R8与正母线连接，电阻R9与负母线连接，电阻R8、R9与直流系统的正负极对地电阻R+、R-组成电桥的四个桥臂，电阻R10和霍尔模块PT串连接在电桥的对角线上，继电器KA2的公共端与电桥对角线位于R8、R9间的那个节点连接，其常开触点与另一个继电器KA1的公共端连接，继电器KA1的常闭触点与直流正母线连接，常开触点与直流负母线连接。继电器KA1、KA2由中央处理器CPU控制其开合，控制其每隔一定时间分时接入电路中；输入板上有信号采集电路，它与主板上的滤波电路相同。
由于本实用新型中中央处理器CPU产生两种不同频率的方波，经滤波电路中的反相器进行反相后，再进入改进的双二次带通滤波器，改进的双二次带通滤波器中的继电器的断开和闭合由中央处理器CPU控制，处理一种频率的方波时S1、S3处于闭合状态，将一组电位器和电容接进该滤波电路的级间反馈通路中，用以调节滤波电路的中心频率，同理，处理另一种频率方波时，S2、S4闭合，将另一组电位器、电容接入用以调节该状态下的中心频率，倒相后的这种方波经过改进的双二次带通滤波器滤波后即生成两种不同频率的正弦波形，由输出板的信号放大电路放大，经信号隔离变换器隔离后注入到直流系统母线。对于接地支路，安装在该支路的传感器检测到信号后送到输入板的信号采集电路，处理后送到中央处理器CPU，即得出接地电阻值，当低于设定值时发出接地报警。用两种频率的信号，成功的克服了分布电容的影响。分布电容C可看作与接地电阻R并联，注入一种信号时测得一个电流，注入另一种信号时又可测得另一个电流，因为C，R均可看作固定值，将两种情况合并即可成功求得接地电阻R，而分布电容C则不参与运算。这说明双频法原理成功的克服了系统分布电容对选线准确度的影响。由于输出板上的搭接法绝缘检测电路在平衡电桥的基础上增加了两个继电器KA1、KA2，在中央处理器CPU的控制下，利用这两个继电器每隔一定时间(比如2小时，可设定)用搭接法进行测量，以弥补平衡电桥法不能检测正负极均匀接地的不足。利用搭接法测绝缘时，由KA1，KA2分时的闭合，先后使桥路中的两个电阻R8，R9短路，根据这两种情况即可测出R+，R-。当KA1闭合时，接于正母线的电阻R8被短路，电桥失去平衡，KA1闭合间隔数秒后，KA2闭合，由电路可知，此时接于负母线的电阻R9被短路，由电路原理，我们很容易得出R+、R-的值。由以上各种情况可见，应用搭接法测绝缘可以测得各种接地状况下的接地电阻值，成功的解决了普通平衡电桥法在直流系统正负极均匀接地时失效的问题，保证在任何情况下都能准确测量出系统的对地绝缘。由以上可知，本实用新型与现有技术相比较具有以下优点检测灵敏度高，受系统对地电容影响小，抗干扰能力强，可靠性高；直流系统正负极对地绝缘均匀下降时仍能准确报警；采用插板式结构，便于维护，不需停电即可查找接地支路；本实用新型运行时实时采集被监测系统的电压，若检测到系统电压超出设定的正常范围，发出电压异常报警信号。在线实时监测直流系统的绝缘状况，一旦系统的接地电阻低于预先设定的报警值，则自动报警。之后装置进入选线状态，显示并打印出接地支路号。该产品广泛适用于电厂及变电站的各种电压等级的直流系统，特别适用于变电所的综合自动化。
四
图1为本实用新型的线路结构原理方框图；图2为图1中主板上滤波电路或输入板信号采集电路的电路原理图；图3为图1中输出板上的搭接法绝缘检测电路的电路原理图。
五具体实施方式
如图1所示，本实用新型所提供的实施例，机箱后部为航空插座组件以及接线端子；机箱内部采用插板式结构，共有四块插件，分别是输入板、主板、电源板、输出板，分别固定在机箱里的槽轨上，并通过插座与安装在机箱内的后母板连接。打印机与显示板固定在面板上，并通过扁平电缆与主板连接，信号隔离变换器通过导线与输出板连接；主板上安装有中央处理器CPU，中央处理器CPU产生两种不同频率方波，经滤波电路滤波后即可得到需要的输出波形。如图2所示，滤波电路由反相器和改进的双二次带通滤波器组成，二者通过电阻R3连接，反相器的信号由电阻R1引入，运算放大器U1A的1、2脚间跨接有电阻R2，3脚接地，1脚通过R3与改进的双二次带通滤波器连接，改进的双二次带通滤波器包括三个运算放大器U1B、U1C、U1D，运算放大器U1B的5脚接地，6、7脚间跨接有由电容C3和电阻R4并联的电路，运算放大器U1B的7脚通过电阻R5与运算放大器U1C的9脚相连接，运算放大器U1C的10脚接地，8、9脚跨接有电阻R6，运算放大器U1D的12脚接地，U1D的13脚通过电阻R7与U1C的8脚连接，运算放大器U1D的13脚和14脚之间跨接有由电容C1和继电器S2串联后与由电容C2和继电器S1串联后并联的一支路，运算放大器U1B的6脚通过由继电器S4与电位器R101串联后与由继电器S3与电位器R102串联后并联的一支路与运算放大器U1D的14脚连接。继电器S1、S3为常闭而S2、S4为常开，通过中央处理器CPU控制其断开或闭合。由中央处理器CPU产生10HZ和20HZ的方波，经反相器反相后，到改进的双二次带通滤波器进行处理。处理10HZ信号时继电器S1、S3处于闭合状态，将一组电位器和电容接进该滤波电路的级间反馈通路中，用以调节滤波电路的中心频率，同理信号为20HZ时，S2、S4闭合将另一组电位器、电容接入用以调节该状态下的中心频率，经改进的双二次带通滤波器滤波后10HZ、20HZ的方波转换成平滑规则的10HZ、20HZ正弦波形。如图1所示，输出板主要由搭接法绝缘检测电路、电压检测电路、报警输出电路和信号放大电路四部分组成。由主板产生的10HZ、20HZ正弦波形送到输出板进行功率放大后通过信号隔离变换器注入到直流系统母线。对于接地支路，安装在该支路的传感器检测到信号后送到输入板的采集电路，处理后送到中央处理器CPU，即可得出接地阻值，当低于设定值时发出接地报警。用10HZ、20HZ两种频率的信号，成功的克服了分布电容的影响。报警输出电路主要由继电器构成，闭合时向外输出无源节点以实现报警功能。搭接法绝缘检测电路完成装置的绝缘检测功能，如图3所示，它包括平衡电桥电路和两个继电器KA1、KA2，继电器KA1、KA2的线圈两端分别并联二极管D1和D2，平衡电桥电路的主要组成元件为电阻R8、R9、R10和霍尔模块PT，电阻R8、R9阻值相等，电阻R8与正母线连接，电阻R9与负母线连接，并与直流系统的正负极对地电阻R+、R-组成电桥的四个桥臂，电阻R10和霍尔模块RT串连接在电桥的对角线上，正常时R+、R-相等，霍尔模块中无电流流过，当R+或R-降低时，电桥失去平衡，霍尔模块中有电流流过从而其输出端产生一定的输出，送往CPU后计算出接地电阻。电桥对角线上的电阻R10起限流作用，电容器C4、C5接在霍尔模块的两个输入端4、5起滤波作用以提高采样精度。霍尔模块是有源器件，需在电源输入脚1、3加上24V电压作为其工作电压，2脚是它的输出端。当R+，R-同时下降且下降幅度相等时，由于电桥仍然平衡，霍尔模块无信号输出，该电路不能检测出正负极绝缘均匀下降，这就要用到搭接法了。KA1、KA2在中央处理器CPU的控制下每隔一定时间(如2小时)分时闭合，先后使桥路中的两个电阻R8、R9短路，根据这两种情况即可测出R+、R-。
权利要求1.一种微机直流系统电压绝缘监察及选线装置，机箱后部为航空插座组件以及接线端子；机箱内部采用插板式结构，有插件，分别是输入板、主板、电源板、输出板，它们固定在机箱里的槽轨上，并通过插座与安装在机箱内的后母板连接；插件通过后母板彼此连接，并与航空插座、接线端子连接；打印机与显示板固定在面板上，通过电缆与主板连接；信号隔离变换器通过导线与输出板连接；主板上安装有中央处理器CPU，其特征是中央处理器CPU能产生两种不同频率的方波，主板上还有一滤波电路，滤波电路是由运算放大器及电阻构成的反相器和由运算放大器、电阻、电位器、电容、继电器构成的改进的双二次带通滤波器(切比雪夫滤波器)组成的，改进的双二次带通滤波器是在双二次带通滤波器的级间反馈回路中加入继电器S1、S2、S3、S4，继电器S1与双二次带通滤波器的级间反馈回路中的电容C2串联，继电器S3与级间反馈回路中的电位器R102串联，在级间反馈回路中串联的电容C2与继电器S1支路上并联了一支路，该支路由串联的电容C1和继电器S2组成，在级间反馈回路中串联的电位器R102和继电器S3支路上并联一支路，该支路由串联的电位器R101和继电器S4组成，其中继电器S1、S3为常闭，继电器S2、S4为常开；输出板主要由搭接法绝缘检测电路，测量直流系统电压的电压检测电路，主要由继电器组成、闭合时向外输出无源节点的报警输出电路和放大主板上发出的两种不同频率交流信号的信号放大电路四部分组成，其中搭接法绝缘检测电路包括平衡电桥电路和继电器KA1、KA2，继电器KA1、KA2的触点分常开、常闭触点和公共端，继电器KA1、KA2的线圈两端分别并联二极管D1和D2，平衡电桥电路的主要组成元件为电阻R8、R9、R10和霍尔模块PT，电阻R8、R9阻值相等，电阻R8与正母线连接，电阻R9与负母线连接，电阻R8、R9与直流系统的正负极对地电阻R+、R-组成电桥的四个桥臂，电阻R10和霍尔模块PT串连接在电桥的对角线上，继电器KA2的公共端与电桥对角线位于R8、R9间的那个节点连接，其常开触点与另一个继电器KA1的公共端连接，继电器KA1的常闭触点与直流正母线连接，常开触点与直流负母线连接。继电器KA1、KA2由中央处理器CPU控制其开合，控制其每隔一定时间分时接入电路中；输入板上有信号采集电路，它与主板上的滤波电路相同。
2.根据权利要求1所述的微机直流系统电压绝缘监察及选线装置，其特征是所述的滤波电路由反相器和改进的双二次带通滤波器组成，二者通过电阻R3连接，反相器的信号由电阻R1引入，运算放大器U1A的1、2脚间跨接有电阻R2，3脚接地，1脚通过R3与改进的双二次带通滤波器连接，改进的双二次带通滤波器包括三个运算放大器U1B、U1C、U1D，运算放大器U1B的5脚接地，6、7脚间跨接有由电容C3和电阻R4并联的电路，运算放大器U1B的7脚通过电阻R5与运算放大器U1C的9脚相连接，运算放大器U1C的10脚接地，8、9脚跨接有电阻R6，运算放大器U1D的12脚接地，U1D的13脚通过电阻R7与U1C的8脚连接，运算放大器U1D的13脚和14脚之间跨接有由电容C1和继电器S2串联后与由电容C2和继电器S1串联后并联的一支路，运算放大器U1B的6脚通过由继电器S4与电位器R101串联后与由继电器S3与电位器R102串联后并联的一支路与运算放大器U1D的14脚连接。继电器S1、S3为常闭，S2、S4为常开。
专利摘要本实用新型公开了一种微机直流系统电压绝缘监察及选线装置，该装置是在原绝缘监察及选线装置主板上的中央处理器CPU上增加了功能，中央处理器CPU能产生两种信号的方波，主板上增加了滤波电路，滤波电路是由反相器和加入继电器的改进的双二次带通滤波器组成的，输出板上的绝缘检测电路改进为搭接法绝缘检测电路，它包括平衡电桥电路和继电器KA1、KA2，输入板上有信号采集电路。本实用新型具有检测灵敏度高，受系统对地电容影响小，抗干扰能力强，可靠性高；直流系统正负极对地绝缘均匀下降时仍能准确报警；采用插板式结构，便于维护，不需停电即可查找接地支路等优点。该产品广泛用于电厂及变电站的直流系统，特别适用于变电所的综合自动化。
文档编号G01R31/02GK2524248SQ02206779
公开日2002年12月4日 申请日期2002年2月6日 优先权日2002年2月6日
发明者李文征 申请人:保定浪拜迪电气股份有限公司